钢结构设计第四章14节经典讲义.ppt

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1、第 4 章 多层及高层房屋结构,4.1 多、高层房屋结构的组成4.2 楼盖的布置方案和设计4.3 柱和支撑的设计4.4 多、高层房屋结构的分析 和设计计算,多、高层钢结构的认识,多层和高层房屋建筑之间无严格的界线；大致可以12层(高度约40m)为界；主要优点:,重量轻,抗震性能好,施工周期短,工业化程度高,环保效果好,多层钢结构住宅的开发和建造已得到重视。,天津丽苑钢结构住宅,天津丽苑钢结构住宅,青岛即墨钢结构住宅,莱钢开发的青岛即墨钢结构住宅,4.1 多、高层房屋结构的组成,4.1.1 多、高层房屋结构的类别4.1.2 结构布置提要,本节内容,结构类型,常见类型：框架结构、框剪结构、筒体结构

2、,框架结构,最早用于高层建筑柱距宜控制在69m范围内次梁间距一般以34m为宜,平面布置较灵活,刚度分布均匀,延性较大,自振周期较长,对地震作用不敏感,框架结构的主要优点:,框剪结构,框架结构上设置适当的支撑或剪力墙,亦可二者皆设置,侧向位移模式,在侧向荷载的作用下，纯框架结构：剪切变形模式 抗剪结构：弯曲变形模式 二者组合（框剪结构）：显著减少了纯框架结构的侧向位移,用于地震区时，具有双重设防的优点可用于不超过4060层的高层建筑,框剪结构的特点,钢筋混凝土结构:需采取构造措施,钢板结构,(89mm厚钢板)研究表明，在侧向刚度相同时，钢板剪力墙的框剪结构比框架结构用钢量少。,剪力墙：,框筒结构

3、,框筒结构是筒体结构的一种结构布置（筒中筒）适用的建筑高度可超过90层（因横向刚度较大）,结构及受力特点：,1）内部设置剪力墙式的内筒，与及其他竖向构件 主要承受竖向荷载；,2）外筒体采用密排框架柱和各层楼盖处的深梁刚 接，形成一个悬臂筒（竖直方向）以承受侧向 荷载；,3）同时设置刚性楼面结构作为框筒的横隔。,在框剪结构中，形成筒体的构面内存在的剪切变形，即为剪力滞后。为了避免严重的剪力滞后造成角柱的轴力过大，通常可采取两个措施：1）控制框筒平面的长宽比不宜过大 2）加大框筒梁和柱的线刚度之比,剪力滞后（Shear Lag）,束筒结构,由各筒体之间共用筒壁的一束筒状结 构组成(减缓框筒结构的剪

4、力滞后效应),可较灵活地组成平面形式,钢筋混凝土筒体(常作为内筒出现),可将各筒体在不同的高度中止,密柱深梁的钢结构筒体,筒体,钢结构和有混凝土剪力墙的钢结构高层建筑的适用高度（m）,芯筒体系,亦称悬挂结构；打破了密柱深梁对建筑设计的桎梏；实现优势互补（充分发挥钢结构抗拉强度高和钢筋混凝土结构抗压性能好的优势）；通常设置一些称为帽桁架和腰桁架的水平桁架。,支撑框筒结构或桁架筒体结构,支撑系统覆盖了整个建筑物表面；是较框筒结构更为优越的抗侧力体系。,单纯采用框架结构或斜撑(或剪力墙)体系；1）框架体系：未必所有的梁柱都刚性连接2）斜撑体系：少数柱之间设斜撑（梁柱连接可做成铰接）少数柱参与抗侧力体

5、系；梁柱刚性连接构造复杂，应 该尽量少用；抗侧力体系也可混合使用。,楼盖,梁,柱,支撑,墙板,多层多跨框架的组成,多层结构房屋,多层房屋的抗侧力结构,4.1.2 结构布置提要,多层房屋应首选由光滑曲线构成的平面形式；(为了减少风压作用)尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式；(以减小或避免在风荷载作用下的扭转振动)避免以狭长形作平面形式；(因风荷载作用会产生严重的剪切滞后现象)框筒结构采用矩形平面形式时，应控制其平面长度比小于1.5；（不满足时，宜采用束筒结构）需抗震设防时平面尺寸关系应符合要求。,需抗震设防时平面尺寸关系,抗侧力构件设置部位,抗侧力构件布置状况水平荷载下出现扭转?1)抗侧力

6、刚度中心应和水平合力线尽量接近；2)度量抗侧力构件布置状况的力学参量:偏心率,任一层的偏心率大于0.15时，称为平面不规则结构。,平面不规则结构,任一层的偏心率大于0.15时；结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个方向的尺度，超过该方向建筑总尺寸的25；楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该层总面积的50；抗水平力构件既不平行又不对称于侧力体系的两个互相垂直的主轴。,防震逢设置问题,防震逢设置不当而导致高层建筑在地震时相互碰撞的破坏后果是严重的；高层建筑在发生地震时具有很大的侧向位移，防震缝的合理设置是困难的；因此高层建筑一般不宜设置防震缝；高层钢结构建筑，一般也无须设置温度缝；地震区的多

7、高层建筑，应当建立精细的力学模型，作较精确的地震分析，并采取相应的措施提高其薄弱部位和构件的抗震能力。,结构竖向布置,使结构各层的抗侧力刚度中心与水平合力中心接近重合；各层的刚度中心应接近在同一竖直线上；要强调建筑开间、进深的尽量统一；多高层房屋的横向刚度、风振加速度还和其高宽比有关，其限值为：,竖向布置的不规则结构,楼层刚度小于其相邻上层刚度的70%，且连续三层总的刚度降代超过50%相邻楼层质量之比超过1.5立面收进尺寸的比例为L1/L 0.75竖向抗侧力构件不连续任一楼层抗侧力构件的总剪承载力 小于其相邻上层的80,框筒结构布置时的注意事项,框筒结构高宽比不宜小于4；（更好地发挥框筒的立体

8、作用）内筒的边长不宜小于相应外框筒边长的1/3；框筒柱距一般为1.53.0m，且不宜大于层高；框筒的开洞面积不宜大于其总面积的50；内外筒之间的进深一般控制在1016m之间；内筒亦为框筒时，其柱距宜与外框筒柱距相同，且在每层楼盖处都设置钢梁将相应内外柱相连接；,框筒结构布置时的注意事项（续）,控制角柱截面积为非角柱的1.52.0倍；外框筒为矩形平面时，宜将其作成切角矩形；（以削减角柱应力）为提高内外筒的整体性能以及缓解剪力滞后，可设置帽桁架和腰桁架；腰桁架一般布置于设备层；帽桁架和腰桁架一般是由相互正交的两组桁架构成，等距满布于建筑物的横(纵)向。,基础埋深的考虑,敷设地下室；（补偿基础、增大

9、结构抗侧倾能力）有抗震设防时，高层结构部分的基础埋深宜一致、不宜采用局部地下室；基础埋深：（从室外地坪或通长采光井底面到承台底部或基础底部的深度）1）采用天然地基时，不宜小于H15 2）采用桩基时，不宜小于H20 H：室外地坪至屋顶檐口的高度当有可靠根据时，基础埋深可适当减小。,室外地面标高至基础底面的距离,4.2 楼盖的布置方案和设计,4.2.1 楼盖布置原则和方案 4.2.2 压型钢板组合楼盖的设计 4.2.3 组合梁和组合板的构造要求,本节内容,楼盖结构的作用,直接承受竖向荷载的作用，并将其传递给竖向构件；起横隔作用。,影响到整个结构的性能；影响到施工进程；影响到建筑的经济效益。,楼盖布

10、置方案和设计的影响,满足建筑设计要求较小自重便于施工有足够的整体刚度,楼板 梁系,多、高层建筑的楼盖结构组成,一般性的原则,固定作用、传递水平剪力作用,楼盖结构的方案选择原则,用于多、高层建筑的楼板,现浇钢筋混凝土楼板,预制楼板,压型钢板组合楼板,卫生间开洞较多处,高度不大且无地震设防的建筑（较少采用）,应与钢梁可靠连接，且在板上浇注刚性面层预制楼板通过其底面四角的预埋件与钢梁焊接 1）焊脚高度不应小于6mm 2）焊缝长度不应小于80mm板缝的灌缝构造宜一律按抗震设防要求进行。必要时可在板缝间的梁 上设抗剪件(如抗剪栓等),多用于工业建筑,常见的次梁布置：等跨等间距次梁 等跨不等间距次梁(中间

11、设走廊或不等跨框架),用于矩形平面,用于正方形平面,梁系,梁系的构成,梁系布置时考虑的因素,钢梁的间距要与上覆楼板类型相协调，尽量取楼板经济跨度以内；（压型钢板组合楼板取23m）主梁应与竖向抗侧力构件直接相连；（充分发挥整体空间作用）竖向构件纵横两个方向均应有主梁与之相连，以保证两个方向的长细比不致相差悬殊；梁系布置应能使尽量多的楼面重力荷载份额传递到竖向构件；（如，设置斜向主梁）为减小楼盖结构的高度，主次梁通常不采取叠接方式。,斜向主梁的作用,在框筒体系中，角柱往往产生，可通过斜高额轴向拉力向布置主梁得到向角柱传递较大的竖向荷载的目的。,主梁和次梁的连接宜采用简支连接；（其传递荷载为次梁的梁

12、端剪力，并考虑连接的偏心引起的附加弯矩，可不考虑主梁扭转）必要时也可采用刚性连接。,主次梁连接（一）,简支连接,实例,主梁与次梁的铰接连接,主次梁连（二）,刚性连接,4.2.2 压型钢板组合楼盖的设计,(b)通常的布置方案,(a)不设次梁时的布置方案,保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力,抗剪栓钉的布置,抗剪栓钉的布置,抗剪栓钉,压型钢板与抗剪栓钉的连接,压型钢板与抗剪栓钉的连接,Ast 栓钉钉杆截面面积 Ec 混凝土弹性模量 fc 混凝土轴心抗压强度设计值 f 栓钉钢材的抗拉强度设计值 栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比 当栓钉材料性能等级为4.6时，取 f=215Nmm2。,栓钉连接件的

13、受剪承载力设计值,-(4-4),栓钉受剪承载力设计值的折减,位于梁负弯矩区的栓钉，周围混凝土对其约束的程度不如受压区，按式(4-4)算得的栓钉受剪承载力设计值应予折减：(a)位于连续梁中间支座上负弯矩段时：取折减系数0.9(b)位于悬臂梁负弯矩段时：取折减系数0.8,混凝土板和梁翼缘间有压型钢板时（Nvc应折减）,压型钢板和与混凝土之间水平剪力的传递形式,依靠压型钢板的纵向波槽传递 依靠压型钢板上的压痕、小洞或冲成的不闭合的孔眼传递依靠压型钢板上焊接的横向钢筋传递依靠设置于端部的锚固件传递(任何情形下都应当设置端部锚固件),组合楼板和组合梁,组合楼板,组合板,非组合板,考虑压型钢板对组合楼板承

14、载力的贡献,一般形式组合梁,压型钢板组合梁,组合梁,预制钢筋混凝土板组合梁,压型钢板组合楼板,组合楼板设计时的基本原则,组合楼板的设计考虑两个受力阶段：1)施工阶段:对作为浇注混凝土底模的压型钢板进 行强度和变形验算.2)使用阶段:对于非组合板，压型钢板仅作为模板 使用；验算组合板在永久荷载和使用段的可变荷载作用下的强度和变形.压型钢板的跨中变形时：挠度w0大于20mm时，确定混凝土自重应考虑挠曲效应，在全跨增加混凝土厚度0.7 w0,或增设临时支撑.,组合楼板施工阶段的设计,永久荷载:压型钢板、钢筋和混凝土的自重.可变荷载:施工荷载和附加荷载.附加荷载:当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵 的

15、荷载时考虑.验算:采用弹性方法.力学模型：图4-16.压型钢板的截面力学特性:参见第1章.如果承载能力和变形能力不满足要求，可加在板下设置临时支护,以减小板跨加以验算.,施工阶段力学模型的说明,实质上是压型钢板的计算只考虑荷载沿强边方向传递(单向板)(因强边方向的截面刚度远大于弱边方向),组合楼板使用阶段的设计,非组合板:按常规钢筋混凝土楼板设计,应在压型钢板波槽内设置钢筋，并进行相应计算.组合板:,永久荷载+使用阶段可变荷载,变形验算,承载力验算,单向弯曲简支板,双向弯曲板或单向弯曲板,正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力、斜截面抗剪承载力,内容,组合板的力学模型,（一）承载力验算的力学模型板厚不

16、超过100mm时 1)正弯矩计算的力学模型:单向弯曲简支板：2)负弯矩计算的力学模型:单向弯曲固支板.板厚超过100mm时 1）0.5e2.0 时：双向弯曲板；2）e 0.5 或 e 2.0 时：单向弯曲板.,参数e lxly,=(IxIy)1/4（异向性系数）Ix、Iy：组合板顺肋方向和垂直肋方向的截面惯性矩，计算Iy时只考虑压型钢板顶面以上的混凝土计算厚度hc.,组合板正截面抗弯承载力验算,组合板正截面抗弯承载力验算（1）,x:组合板受压区高度 x 055h0时，取x=0.55h0h0:组合板有效高度yp:压型钢板截面应力合力至混凝土 受压区截面应力合力的距离b:压型钢板的波距AP:压型钢

17、板波距内的截面面积hc:压型钢板顶面以上混凝土厚度f:压型钢板钢材的抗拉强度设计值,验算公式,0.8:考虑到起受拉钢筋作用的压型钢板没有混凝土保护层，以及中 和轴附近材料强度发挥不充分等因素。,组合板正截面抗弯承载力验算（2）,B-压型钢板的波距hc-压型钢板顶面以上混凝土厚度AP2-塑性中和轴以上的压型钢板波距内截面面积yP1,yP2 压型钢板受拉区截面应力合力分别至受压区混凝 土板截面和压型钢板截面应力合力的距离,验算公式,组合板抗冲剪承载力验算,组合板在集中荷载下的冲切力V1，应满足:,临界周界长度,组合板斜截面抗剪承载力验算,承受局部荷载时，取有效工作宽度bef进行计算。,组合板一个波

18、距内斜截面最大剪力设计值Vin 应满足:Vin 0.07ftbh0,有效工作宽度bef的最大值,1.抗弯计算时 简支板：bef=bf1+2 lP(1-lP/l)连续板：bef=bf1+4 lP(1-lP/l)/32.抗剪计算时 bef=bf1+lP(1-lP/l),bf1=bf+2(hc+hd),l：组合板跨度lP：荷载作用点到组合板较近支座的距离bf1：集中荷载在组合板中的分布宽度bf：荷载宽度hc：压型钢板顶面以上的混凝土计算厚度 hd：地板饰面层厚度,组合梁的设计,对于中间梁，bc1=bc2.,bc1尚不应超过混凝土翼板实际外伸长度s1;,bc2不应超过净距s0的1/2;,混凝土翼板计算

19、厚度：普通钢筋混凝土翼板：取原厚度ho 带压型钢板的混凝土翼板：取hc,混凝土翼板有效宽度bce：bce=bo+bc1+bc2 bo：钢梁上翼缘宽度 bc1,bc2：各取梁跨度l的1/6和翼缘板 厚度hc的6倍中的较小值,换算宽度的折算,受压混凝土翼板的有效宽度bce,与钢材等效的换算宽度beq,弹性分析时,bce,beq,换算公式：荷载标准组合：beq=bce/E 荷载准永久组合：beq=bce/（2E）E：钢材弹性模量与混凝 土弹性模量的比值,组合梁的正截面受弯承载力验算,满足以下条件在混凝土翼板的有效宽度内，纵向钢筋和钢梁受拉及受压应力均达到强度设计值；塑性中和轴受拉侧的混凝土强度设计值

20、可忽略不计；塑性中和轴受压侧的混凝土截面均匀受压，并达到弯曲抗压强度设计值。,验算公式（一）,正弯矩作用,A:钢梁截面面积 Ac:钢梁受压区截 面面积,负弯矩作用,验算公式（二）,纵向钢筋截面形心线,As:翼板有效宽度范围内钢筋截面面积Mp:钢梁截面的全塑性弯曲承载力,视全部剪力由钢梁腹板承受：,组合梁的受剪承载力验算,hw、tw:分别为钢梁腹板的高度和厚度；fv：塑性设计时钢梁钢材的抗剪强度设计值.,组合梁栓钉连接件验算,正弯矩区剪跨段 V=A f(塑性中和轴位于混凝土翼板内)V=bce hc fcm(塑性中和轴位于钢梁截面内)负弯矩区剪跨段 V=As fsy,每个剪跨区内所应配置的栓钉连接

21、件总数,V:剪跨区内混凝土与钢梁叠合面上的纵向剪力,n个栓钉连接件均匀分布于其剪跨区段内,集中力作用时栓钉连接件的布置,剪跨区内有较大集中力作用时，可将n个栓钉连接件按各分剪力区段的剪力图面积分配，然后各自均匀分布于分剪力区段,当抗剪连接键的设置受构造等原因的影响不能满足要求 时，可采用部分抗剪连接设计法，按钢结构设计规范计算。,4.3 柱和支撑的设计,4.3.1 框架柱设计概要 4.3.2 梁与柱的连接 4.3.3 水平支撑布置 4.3.4 竖向支撑设计,4.3.1 框架柱设计概要,常用的柱截面形式：箱形、焊接工字形、H型钢、圆管等；H型钢柱：应用较广；（截面经济合理、规格尺寸多、加工量少以

22、及便于连接）焊接工字形截面：可灵活地调整截面特性；焊接箱形截面：可使关于两个主轴的刚度相等，但加工量大；钢管混凝土的组合柱：提高管状柱的承载力、防火性能；轧制型钢：较经济，但采用厚度更大的焊接工字形截面，可 显著改善结构效比能。,压(拉)弯构件截面初估：参考同类已建工程；（如在初设计中，已粗略得到柱的设计轴力值N，则可以承受1.2 N的轴心受压构件来初拟柱截面尺寸）大致可按每34层作一次变截面；尽量使用较薄的钢板；（其厚度不宜超过100mm；柱板件宽厚比不应大于表4.6的规定）框架柱长细比的规定（下表）,框架柱的设计方法,满足强柱弱梁的设计要求,使塑性铰出现在梁端而不是在柱端，抗震设防的柱在任

23、一节点处，宜满足下列要求：,Wpc，Wpb：计算平面内交汇于节点的柱和梁的截面塑性抵抗矩；fyc，fyb：柱和梁钢材的屈服强度；N：按多遇地震作用组合得出的柱轴力；AC：柱的截面面积；：强柱系数（超过6层的钢框架，6度类场地和7度时可取1.0 8度时可取1.05，9度时可取1.15；,在重力荷载作用下：对于纯框架柱应按有侧移情形确定。（上册附表18-2）满足规范GB 50017规定的强支撑(或剪力墙)框架：应按无侧移情形确定。（上册附表18-1）亦可分别按下列近似公式确定：,计算长度的确定,K1，K2：交于柱上下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值,4.3.2 梁与柱的连接,梁与柱的连接形式

24、刚性连接柔性连接半刚性连接,本节内容,梁与柱的连接形式,通常采用的是柱贯通的连接形式；按连接转动刚度的不同可分为：,柔性连接1,半刚性连接2,刚性连接3,梁腹板传递竖向剪力,梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩,梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力4,连接角钢、端板、支托,完全焊接、完全栓接、栓焊混合,连接形式的选取,刚性连接是多高层结构中常见的连接形式；未必所有的梁柱都刚性连接；梁柱刚性连接构造复杂，制作和工地安装工作量大，应该尽量少用；实际梁柱连接往往 介于完全刚接和完 全铰接之间；可根据需要和可能 采用半刚性连接。,完全焊接,梁翼缘与柱翼缘间:全熔透坡口焊缝；按规定设置衬板；当框架梁端垂直于工字形

25、柱 腹板时，柱在梁翼缘对应位 置设置横向加劲肋；且加劲肋厚度不应小于梁翼 缘厚度。,为便于施焊，梁腹板要切去两角；,构造简单，但焊缝质量要求高。,完全焊接连接的计算方法,常用计算法,精确计算法,梁翼缘,梁端全部弯矩,梁腹板,梁端全部剪力,尚应以Anwfv/2作为焊缝所承担的剪力来验算,梁翼缘,梁腹板,承担Mf,同时承担Mw和梁端全部剪力V,梁端的弯矩M以梁翼缘和腹板各自的截面惯性矩分担作用,完全焊接时的常用计算法,追加Anwfv/2作为焊缝所承担的剪力验算!,梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：,梁腹板角焊缝的抗剪强度：,栓焊混合连接时的常用计算法,追加Anwfv/2作为螺栓所承担的剪力验算!,

26、梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：,梁腹板高强螺栓的抗剪承载力：,0.9：考虑焊接热影响对高强度螺栓预拉力损失。,完全栓接,所有的螺栓都采用高强摩擦型螺栓连接；当梁翼缘提供的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70时，梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列；当计算只需一列时，仍应布置两列，且此时螺栓总数不得小于计算值的1.5倍。,适用于单侧有梁相连的柱,栓焊混合连接,可认为是半刚接；连接钢板足够厚时，作为刚接；支托传递剪力。,产生裂缝的原因,未焊透、气泡、凹坑、焊脚尺寸的突变；焊接处材料韧性低下。,改进意见,最好在焊后将衬板除去并补焊翼缘坡口 焊的焊根；如果焊后不除去衬板，则下翼缘焊缝的 衬板应有

27、足够的角焊缝消除间隙；同时，腹板端部扇形切角的尺寸不宜过小；,为了防止焊缝金属韧性过低，对它的最 低冲击功作出了规定。,改进的节点构造-1(骨形连接),Dogbone Moment Connection,梁翼缘局部削弱，形成骨形连接；塑性铰自梁端外移。,改进的节点构造-2(梁端部加腋),其它方法：把梁的短段在工厂和柱焊接，以保证焊接质量，短段和梁的主段在工地拼接，可以全部用高强度螺栓连接，或焊、栓并用。,塑性铰外移；用于结构加固。,实例,梁与柱的刚接连接,高强螺栓,钢衬板,对接焊缝,梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力,柔性连接,多层框架中可由部分梁和柱刚性连接组成抗侧力结构，而另一部分梁铰接于柱

28、，这些柱只承受竖向荷载；设有足够支撑的非地震区多层框架原则上可全部采用柔性连接。,柔性连接,（a）,（c）,（b）,连接角钢或端板偏上放置：上翼缘处变形小。,图(d):当梁用承托连于柱腹板时，宜用厚板作为承托构件以免柱 腹板承受较大弯矩；图(e):在需要用小牛腿时，则应做成工字形截面，并把它的两块 翼缘都焊于柱翼缘，使偏心力矩M=Re以力偶的形式传给柱翼缘。,承托,牛腿,柔性连接,实例,梁与柱铰接连接,梁腹板传递竖向剪力,半刚性连接,竖向荷载下可看作梁简支于柱；水平荷载下起刚性节点作用；适于层数不多或水平力不大的建筑；半刚性连接必须有抵抗弯矩的能力，但无需像刚性 连接那么大。,用连于翼缘的上、

29、下角钢和高强螺栓来连接，由上下角钢一起传递弯矩，腹板上的角钢则传递剪力。,端板-高强螺栓连接,端板在大多数情况下伸出在梁高度范围之外(或是上边伸出，下边不伸出)梁端弯矩化作力偶，其拉力经上翼缘传出；受拉的螺栓布置在关于受拉翼缘对称的位置，共四个；压力可以通过端板或柱翼缘承压传力，压力区螺栓可少量设置，和拉力区的螺栓一起传递剪力；虚线表示必要时可设柱加劲肋。,实例,梁与柱的半刚接连接,梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩,4.3.3 水平支撑布置,横向水平支撑纵向水平支撑,水平支撑（设置于同一水平面内的支撑）,（通常意义下）,临时水平支撑：为了建造和安装的安全而设置；永久水平支撑：通常在水平构件不能构

30、成水平刚 度大的隔板时设置。,分类,水平支撑布置,节点板表面高出梁上翼缘有构造处理上的不便,楼盖水平刚度不足时布置水平支撑,4.3.4 竖向支撑设计,中心支撑:斜腹杆都连接于梁柱节点,偏心支撑:斜腹杆不都连接于梁柱节点,两根柱构件间设置一系列斜腹杆,竖向支撑,竖直支撑的布置,可在建筑物纵向的一部分柱间布置，也可在 横向或纵横两向布置；在平面上可沿外墙布置，也可沿内墙布置。,4.3.4.1 中心支撑,抗震设防的结构不得采用K形斜杆体系；所有型式的支撑体系都可以跨层跨柱设置。,斜杆体系,只能受拉的单斜杆体系，应同时设置不同倾斜方向 的两组单斜杆；且每层中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的 投影面

31、积之差不得大于10。,对支撑杆件长细比的要求,抗震设防的结构：长细比限值规定（反复拉压作用下，长细比大于40(235fy)1/2的支撑承载力将显著降低。）,非抗震设防结构中的中心支撑：（1）按只能受拉的杆件设计时，其长细比不应大于 300(235fy)1/2；（2）按既能受拉又能受压的杆件设计时，其长细比不应 大于150(235fy)1/2。,支撑斜杆截面,支撑斜杆宜采用双轴对称截面；当采用单轴对称截面时，应采取防止绕对称 轴屈曲的构造措施；结构抗震设防烈度不小于7度时，不宜用双角 钢组合T形截面。,7度及以上抗震设防的结构，当支撑为填板连接的双肢组合构件时，肢件在填板间的长细比不应大于构件最

32、大长细比的1/2，且不应大于40；与支撑一起组成支撑系统的横梁、柱及其连接，应具有承受支撑斜杆传来内力的能力；与人字支撑、V形支撑相交的横梁，在柱间的支撑连接处应保持连续；,中心支撑的设计要点（一）,中心支撑的设计要点（二）,计算人字形支撑体系中的横梁截面时，尚应满足在不考虑支撑的支点作用情况下按简支梁跨中承受竖向集中荷载时的承载力；按8度及以上抗震设防的结构，可以采用带有消能装置的中心支撑体系；高层钢结构在水平荷载作用下变形较大，须考虑P-效应；,中心支撑的设计要点（三）,人字形和V形支撑尚应考虑支撑跨梁传来的楼面垂直荷载；对于十字交叉支撑、人字形支撑和V形支撑的斜杆，尚应计入柱在重力下的弹

33、性压缩变形在斜杆中引起的附加压应力。,中心支撑节点的构造形式（一）,重型支撑,轻型支撑,（双节点板）,中心支撑节点的构造形式（二）,地震区的工字形截面中心支撑宜采用轧制宽翼缘H型钢；如果采用焊接工字形截面，则其腹板和翼缘的连接焊缝应设计成焊透的对接焊缝；与支撑相连接的柱通常加工成带悬臂梁段的形式，以避免梁柱节点处的工地焊缝。,几何特征：支撑斜杆不交于梁柱节点；力学特征：位于支撑斜杆与梁柱节点(或支撑斜杆)之间的耗能梁段，一般比支撑斜杆的承载力低，同时具有在重复荷载作用下良好的塑性变形能力；,4.3.4.2 偏心支撑,在正常的荷载状态下，偏心支撑框架 具有足够的水平刚度；在遭遇强烈地震作用时，耗

34、能梁段首 先屈服吸收能量。（支撑不屈曲）,设计意图,构造措施(使耗能梁段在反复荷载下具有良好的滞回性能),支撑斜杆轴力的水平分量较大时，除降低此梁段的受剪承载力外，还需减少该梁段的长度；耗能梁段的腹板不得贴焊补强板，也不得开洞；耗能梁段与支撑连接处，在其腹板两侧配置加劲肋；耗能梁段腹板的中间加劲肋，需按梁段的长度区别对待。,偏心支撑构造,耗能梁段与柱的连接要求,耗能梁段与柱连接时，其长度不得大于1.6MlpVl；耗能梁段翼缘与柱翼缘之间应采用坡口全熔透对接焊缝连接，耗能梁段腹板与柱之间应采用角焊缝连接；耗能梁段与柱腹板连接时，耗能梁段翼缘与连接板间应采用坡口全熔透焊缝，耗能梁段腹板与柱间应采用

35、角焊缝；耗能梁段要承受平面外扭转，与耗能梁段处于同一跨内的框架梁，同样承受轴力和弯矩，为保持其稳定，耗能梁段两端上下翼缘应设置侧向支撑。,4.4 多、高层房屋结构的分析和设计计算,4.4.1 荷 载4.4.2 结构分析4.4.3 结构设计,4.4.1 荷 载,楼面、屋顶活荷载和雪荷载的标准值及其准永 久系数规定；层数较少的多层建筑应考虑活荷载的不利分布。,竖向荷载,对一般建筑结构的重现期为50年；对高层建筑采用的重现期可适当提高基本风压 乘以系数1.1计之。,风荷载,高层钢结构抗震设计应进行多遇地震作用及罕 遇地震作用两阶段的抗震计算。,地震荷载,4.4.2 结构分析,多、高层建筑钢结构的计算

36、模型，可采用平面抗 侧力结构的空间协同计算模型；当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型；当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分 成平面抗侧力单元的结构，或为筒体结构时，应 采用空间结构计算模型。,计算模型的选取,静力分析方法（一）,矩阵位移法,薄壁杆件理论、有限条法等,框架结构,框架-支撑结构,框架剪力墙结构,框筒结构,筒体结构,竖向悬臂筒体,静力分析方法（二）,近似方法,竖向荷载,分层法,水平荷载,D值法,框架-支撑结构协同工作分析,在水平荷载作用下简化为平面抗侧力体系分析时,（框架剪力墙结构）,等效角柱法、展开平面框架法或等效截面法,平面为矩形

37、或其他规则形状的框筒结构,平面框架,等效截面法计算外框筒的构件截面尺寸时，外框筒可视为平行于荷载方向的两个等效槽形截面。,其它近似方法,规则但有偏心的结构近似分析时，可先按无偏心结构进行分析，然后将内力乘以修正系数；底部剪力法估算高层钢框架结构的构件截面时，水平地震作用下倾覆力矩引起的柱轴力，体型较规则的丙类建筑可折减，但乙类建筑不应折减。,地震作用不参与荷载组合，多、高层建筑的竖向荷载通常包括：永久荷载、楼面使用荷载及雪荷载，水平荷载只有风荷载；地震作用参与荷载组合，按第一阶段设计时由下式计算荷载效应组合：,：风荷载组合值系数,：重力荷载代表值的效应,：水平地震作用标准值的效应,：竖向地震作用标准值的效应,：风荷载标准值的效应,关于荷载组合,本章要求,了解多、高层房屋钢结构的特点掌握压型钢板组合楼盖的设计方法掌握梁柱节点的构造及设计方法了解水平支撑和竖向支撑的布置了解静力分析方法,